JP4108544B2

JP4108544B2 - マスコンクリートのパイプクーリング方法

Info

Publication number: JP4108544B2
Application number: JP2003161411A
Authority: JP
Inventors: 武文荒巻; 裕介平井; 淳二保明; 收志中村
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP2004360333A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、マスコンクリートのパイプクーリング方法、すなわち、予め型枠内にクーリングパイプを配置しておき、このクーリングパイプに冷却水を送水することにより、型枠内に打設されたマスコンクリートを冷却する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダムや大型橋梁の基礎等のように断面サイズが大きな構造物においては、打設されたコンクリートが大塊のいわゆるマスコンクリートとなる。このマスコンクリートは、硬化する際にセメントの水和熱により大きな内部応力が発生するので、温度ひび割れが発生しやすくなる。
【０００３】
このため従来より、硬化中のマスコンクリートを冷却するための技術が種々開発されており、その一つとしてパイプクーリング方法が知られている。
【０００４】
このパイプクーリング方法は、例えば「特許文献１」に記載されているように、予め型枠内にクーリングパイプを配置しておき、このクーリングパイプに冷却水を送水することにより、型枠内に打設されたマスコンクリートを冷却して、その内部最高温度と外気温との差があまり大きくならないようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−６５９８３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパイプクーリング方法においては、クーリングパイプの配管経路に関して特別な配慮はなされておらず、型枠内に打設されたマスコンクリートはその中心部も周縁部も一律に冷却されるので、次のような問題がある。
【０００６】
すなわち、型枠内に打設されたマスコンクリートは、その中心部は高温になるのに対し、その周縁部は型枠からの放熱作用により比較的低温になるので、一律的な冷却では、マスコンクリートの内部における温度勾配を緩やかにすることができず、このためマスコンクリートの温度ひび割れに対する抑制効果が十分でない、という問題がある。
【０００７】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度ひび割れの発生を効果的に抑制することができるマスコンクリートのパイプクーリング方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、クーリングパイプの配管経路に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本願発明に係るマスコンクリートのパイプクーリング方法は、
予め型枠内にクーリングパイプを配置しておき、このクーリングパイプに冷却水を送水することにより、上記型枠内に打設されたマスコンクリートを冷却する、マスコンクリートのパイプクーリング方法において、
上記マスコンクリートを複数のエリアに区分けした上で、上記クーリングパイプの配管経路を、上記マスコンクリートの中心部から周縁部へ向けて、上記型枠および外気に接していないエリア、上記型枠に接しているエリア、外気に接しているエリアの順で、上記冷却水が送水されるように設定しておく、ことを特徴とするものである。
【００１０】
上記「クーリングパイプ」は、その配管経路が、マスコンクリートの中心部から周縁部へ向けて冷却水が送水されるように設定されたものであれば、その具体的な配管経路あるいはクーリングパイプの材質や断面形状等の構成については特に限定されるものではない。
【００１１】
上記「中心部」および「周縁部」は、マスコンクリートの中心位置を含む少なくとも一断面において該マスコンクリートの中心部および周縁部となっていれば足りる。
【００１２】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るマスコンクリートのパイプクーリング方法は、予め型枠内にクーリングパイプを配置しておき、このクーリングパイプに冷却水を送水することにより、型枠内に打設されたマスコンクリートを冷却するようになっているが、その際、クーリングパイプの配管経路はマスコンクリートの中心部から周縁部へ向けて冷却水が送水されるように設定されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１３】
すなわち、型枠内に打設されたマスコンクリートは、その中心部が高温になっているが、この中心部には供給直後の冷却水が送水されるので、この冷却水との熱交換により中心部は効率良く冷却されることとなる。そして、この中心部との熱交換によって暖められた冷却水が温水となって周縁部へ向けて送水されるので、比較的低温になっている周縁部は、この温水によって暖められることとなる。
【００１４】
このように本願発明によれば、型枠内に打設されたマスコンクリートを冷却することができるだけでなく、その中心部の硬化熱を周縁部に配温することができるので、マスコンクリート内部の温度勾配を緩やかにすることができ、これにより温度ひび割れの発生を効果的に抑制することができる。
【００１５】
上記構成において、クーリングパイプを複数本配置しておくようにすれば、マスコンクリートの中心部から周縁部へ向けて冷却水を送水するための配管経路を比較的単純な形状に設定することができる。
【００１６】
ところで、高強度コンクリート（すなわち圧縮強度が１平方ミリメートル当たり３６Ｎを超えるコンクリート）を用いて打設を行うようにした場合には、単位セメント量が多くなるので、その水和熱も大きくなり、マスコンクリート内部の温度勾配が急峻になりやすい。したがってこのような場合には、本願発明の構成を採用することが特に効果的である。
【００１７】
なお、高強度コンクリートが使用されるプレストレストコンクリート橋の柱頭部や鉄筋コンクリートアーチ橋のスプリンキング部等の構造物は、ダムや地下構造物等に比してマスコンクリートの断面サイズが小さいので、マスコンクリートの中心部から周縁部へ向けて冷却水を送水するのに必要なクーリングパイプの配管長を比較的短いものとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本願発明の一実施形態に係るマスコンクリートのパイプクーリング方法を適用して施工された鉄筋コンクリートアーチ橋のスプリンキング部２０を示すアーチ軸直交断面図である。
【００２０】
このスプリンキング部２０は、横長略矩形状のアーチ軸直交断面を有するマスコンクリート２２の内部に、２本のクーリングパイプ２４、２６が埋設された構成となっている。
【００２１】
マスコンクリート２２は、高強度コンクリートで構成されており。各クーリングパイプ２４、２６は、合成樹脂製パイプ（例えば内径２０ｍｍ程度のポリエチレン樹脂製パイプ）で構成されている。これら各クーリングパイプ２４、２６は、アーチ軸Ａｘを境にしてアーチ軸直交断面を左右に２分するように配置されており、その内部にはセメント２８が充填されている。
【００２２】
各クーリングパイプ２４、２６の配管経路は、上下および左右方向に略等間隔（例えば４００ｍｍ間隔）をおいてアーチ軸方向に延びるとともに、マスコンクリート２２のアーチ軸方向両端部近傍部位で折り返すように設定されている。その際、各クーリングパイプ２４、２６においてアーチ軸方向に延びる１６本の直線部２４Ｓ、２６Ｓのうち、６本はマスコンクリート２２の中心部２２Ａ（概ね同図において２点鎖線で示す楕円よりも内側の部分）に位置しており、残り１０本はマスコンクリート２２の周縁部２２Ｂに位置している。
次に、本実施形態に係るマスコンクリートのパイプクーリング方法について説明する。
【００２３】
図２は、施工途中のスプリンキング部２０を示すアーチ軸直交断面図であり、図３は、その斜視図である。なお、図３においては、説明の都合上、スプリンキング部２０を左右に２等分して離した状態で透視的に示している。
【００２４】
これらの図に示すように、本実施形態においては、スプリンキング部２０の施工を行う際、予め型枠１００内に２本のクーリングパイプ２４、２６を配置しておき、これら各クーリングパイプ２４、２６に冷却水（例えば水道水等）を送水することにより、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２を冷却するようになっている。
【００２５】
その際、各クーリングパイプ２４、２６の配管経路を、マスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水が送水されるように設定しておく。
【００２６】
具体的には、型枠１００内の空間をアーチ軸直交断面内において左右に２等分し、その各々を上下４段・左右４列で１６個の矩形エリア１〜１６に等分し、これら各矩形エリア１〜１６の中心位置を各クーリングパイプ２４、２６の直線部２４Ｓ、２６Ｓが通るように配管経路を設定しておく。そして、マスコンクリート２２の中心部２２Ａに位置する６個の矩形エリア１〜６に冷却水を送水した後、マスコンクリート２２の周縁部２２Ｂに位置する残り１０個の矩形エリア７〜１６に冷却水を送水する。
【００２７】
これを実現するため、各クーリングパイプ２４、２６は、その給水端部２４ａ、２６ａを、上から２段目のアーチ軸Ａｘ寄りに位置する矩形エリア１の直線部２４Ｓ、２６Ｓから型枠１００の外部へ延びるように配置しておき、また、その排水端部２４ｂ、２６ｂを、矩形エリア１の上に隣接する最上段の矩形エリア１６の直線部２４Ｓ、２６Ｓから型枠１００の外部へ延びるように配置しておく。そして、各給水端部２４ａ、２６ａから各クーリングパイプ２４、２６に供給される冷却水が、１６個の矩形エリア１〜１６に対してこの番号順で送水されるように、１６本の直線部２４Ｓ、２６Ｓの各端部を互いに連結しておく。
【００２８】
図２において、各クーリングパイプ２４、２６の断面内に記載された「・」印は、冷却水が紙面の手前側へ送水されることを示しており、「×」印は、冷却水が紙面の向こう側へ送水されることを示している。
各クーリングパイプ２４、２６における送水の様子を具体的に説明すると、以下のとおりである。
【００２９】
すなわち、まず矩形エリア１に送水した後、２段目においてその外側に隣接する矩形エリア２、３に順次送水し、次に矩形エリア３の下に隣接する３段目の矩形エリア４に送水し、さらに３段目においてその内側に隣接する矩形エリア５、６に順次送水する。そして、この矩形エリア６の下に隣接する最下段の矩形エリア７に送水した後、最下段においてその外側に隣接する矩形エリア８、９、１０に順次送水し、次に矩形エリア１０の上に隣接する３段目の矩形エリア１１、２段目の矩形エリア１２、最上段の矩形エリア１３に順次送水し、さらに最上段においてその内側に隣接する矩形エリア１４、１５、１６に順次送水する。
【００３０】
このようにして送水を行うことにより、マスコンクリート２２に対するパイプクーリングが完了したら、各クーリングパイプ２４、２６の内部にセメント２８を充填し、スプリンキング部２０の強度向上を図る。
【００３１】
以上詳述したように、本実施形態に係るマスコンクリートのパイプクーリング方法は、予め型枠１００内に２本のクーリングパイプ２４、２６を配置しておき、これら各クーリングパイプ２４、２６に冷却水を送水することにより、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２を冷却するようになっているが、その際、各クーリングパイプ２４、２６の配管経路は、マスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水が送水されるように設定されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００３２】
すなわち、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２は、その中心部２２Ａが高温になっているが、この中心部２２Ａには供給直後の冷却水が送水されるので、この冷却水との熱交換により中心部２２Ａは効率良く冷却されることとなる。そして、この中心部２２Ａとの熱交換によって暖められた冷却水が温水となって周縁部２２Ｂへ向けて送水されるので、比較的低温になっている周縁部２２Ｂは、この温水によって暖められることとなる。
【００３３】
図４は、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２の温度分布を示すグラフであって、同図（ａ）がアーチ軸Ａｘを含む水平断面内の温度分布、同図（ｂ）がアーチ軸Ａｘを含む鉛直断面内の温度分布を示している。
【００３４】
同図において太い実線で示すグラフＡは、本実施形態のようにクーリングパイプの配管経路に工夫を施してパイプクーリングを行った場合の温度分布である。一方、同図において破線で示すグラフＤは、パイプクーリングを行わなかった場合の温度分布であり、また、同図において２点鎖線で示すグラフＢおよび細い実線で示すグラフＣは、クーリングパイプの配管経路に工夫を施すことなくパイプクーリングを行った場合の温度分布である。
【００３５】
その際、２点鎖線で示すグラフＢは、図２と同様の直線部の配置で、マスコンクリート２２の中心部２２Ａにのみクーリングパイプを配置した状態でパイプクーリングを行った場合の温度分布である。また、細い実線で示すグラフＣは、図２と同じ直線部の配置で、その左上端部の矩形エリア１３から最上段の各矩形エリアに送水した後、２段目、３段目を水平方向に折り返すように経由して、最下段の左端部の矩形エリア１０まで送水するような配管経路に設定した状態でパイプクーリングを行った場合の温度分布である。
【００３６】
グラフＤで示すように、パイプクーリングを行わなかった場合には、マスコンクリート２２の中心部２２Ａの温度が高くなり（具体的には１００℃近い温度になり）、かつ、中心部２２Ａと周縁部２２Ｂとの温度差もかなり大きくなるので、温度ひび割れが発生しやすくなる。
【００３７】
一方、グラフＡ、Ｂ、Ｃで示すように、パイプクーリングを行った場合には、パイプクーリングを行わない場合に比して、マスコンクリート２２の中心部２２Ａの温度が低くなるので、その分だけ温度ひび割れが発生しにくくなる。
【００３８】
ただし、グラフＢで示すように、中心部２２Ａにのみクーリングパイプを配置した状態でパイプクーリングを行った場合には、中心部２２Ａの温度は低くなるものの、中心部２２Ａと周縁部２２Ｂとの温度差は中心部２２Ａの温度低下分だけしか小さくならないので、温度ひび割れの発生を抑制する上で不十分である。また、グラフＣで示すように、最上段から最下段まで各段を水平方向に折り返す配管経路でパイプクーリングを行った場合には、水平断面内においては、中心部２２Ａと周縁部２２Ｂとの温度差を多少小さくすることができるが、鉛直断面内においては、上流側に位置する最上段と下流側に位置する最下段とで、同じ周縁部２２Ｂであっても冷却水の温度が大きく異なったものとなるため、中心部２２Ａと周縁部２２Ｂとの温度差を小さくすることができない。したがって、このようにした場合にも、温度ひび割れの発生を抑制する上で不十分である。
【００３９】
これに対し、グラフＡで示すように、冷却水をマスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて送水することによりパイプクーリングを行った場合には、中心部２２Ａの温度は大幅に低くなる一方、周縁部２２Ｂの温度はある程度上昇するので、中心部２２Ａと周縁部２２Ｂとの温度差を十分に小さくすることができる。
【００４０】
このように本実施形態によれば、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２を冷却することができるだけでなく、その中心部２２Ａの硬化熱を周縁部２２Ｂに配温することができるので、マスコンクリート２２内部の温度勾配を緩やかにすることができ、これにより温度ひび割れの発生を効果的に抑制することができる。
【００４１】
特に本実施形態においては、２本のクーリングパイプ２４、２６が配置されているので、マスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水を送水するための配管経路を比較的単純な形状に設定することができる。しかも、これら２本のクーリングパイプ２４、２６は左右対称に配置されているので、中心部２２Ａの硬化熱の周縁部２２Ｂへの配温を左右バランス良く行うことができる。
【００４２】
本実施形態においては、高強度コンクリートを用いて打設を行うようになっているが、このような場合には単位セメント量が多いためにその水和熱も大きくなり、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２内部の温度勾配が急峻になりやすいので、本実施形態のパイプクーリング方法を採用することが特に効果的である。
【００４３】
その際、本実施形態に係るパイプクーリング方法の適用対象となる鉄筋コンクリートアーチ橋のスプリンキング部２０は、ダムや地下構造物等に比してマスコンクリート２２の断面サイズが小さいので、本実施形態のようにマスコンクリート２２に対してその中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水を送水するようにした場合においても、各クーリングパイプ２４、２６の配管長を比較的短いものとすることができる。
【００４４】
なお上記実施形態においては、型枠１００内の空間をアーチ軸直交断面内において左右に２等分するとともに、その各々を１６個の矩形エリア１〜１６に等分し、これら１６個の矩形エリア１〜１６に対してこの番号順で冷却水を送水するようになっているが、マスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水が送水されるように設定されたものであれば、これ以外の配管経路を採用してもよいことはもちろんである。
図５は。上記実施形態の変形例を示す、図２と同様の図である。
【００４５】
同図に示すように、本変形例においては、４本のクーリングパイプ３２、３４、３６、３８を用いてパイプクーリングを行うようになっている。
【００４６】
すなわち、本変形例においては、型枠１００内の空間をアーチ軸直交断面内においてアーチ軸Ａｘを中心にして上下左右に４等分し、その各々を上下３段・左右６列で１８個の矩形エリア１〜１８に等分し、これら各矩形エリア１〜１８の中心位置を各クーリングパイプ３２、３４、３６、３８の直線部３２Ｓ、３４Ｓ、３６Ｓ、３８Ｓが通るように配管経路を設定しておく。そして、マスコンクリート２２の中心部２２Ａに位置する１０個の矩形エリア１〜１０に対して冷却水をこの番号順で送水した後、マスコンクリート２２の周縁部２２Ｂに位置する残り８個の矩形エリア１１〜１８に対して冷却水をこの番号順で送水する。
【００４７】
本変形例のようなパイプクーリング方法を採用した場合においても、各クーリングパイプ３２、３４、３６、３８の配管経路が、マスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水が送水されるように設定されているので、上記実施形態と同様、型枠１００内に打設されたマスコンクリート２２を冷却することができるとともに該マスコンクリート２２内部の温度勾配を緩やかにすることができ、これにより温度ひび割れの発生を効果的に抑制することができる。
【００４８】
本変形例においては、４本のクーリングパイプ３２、３４、３６、３８がアーチ軸Ａｘを中心にして点対称で配置されているので、マスコンクリート２２の中心部２２Ａの硬化熱の周縁部２２Ｂへの配温を上下左右バランス良く行うことができる。しかも、これら４本のクーリングパイプ３２、３４、３６、３８は、その直線部３２Ｓ、３４Ｓ、３６Ｓ、３８Ｓが数多く配置されているので、マスコンクリート２２内部の温度勾配を一層緩やかにすることができ、これにより温度ひび割れの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態および変形例のように複数本のクーリングパイプを用いる代わりに、１本のクーリングパイプを用い、その配管経路をマスコンクリート２２の中心部２２Ａから周縁部２２Ｂへ向けて冷却水が送水されるように設定することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係るマスコンクリートのパイプクーリング方法を適用して施工された鉄筋コンクリートアーチ橋のスプリンキング部を示すアーチ軸直交断面図
【図２】施工途中の上記スプリンキング部を示すアーチ軸直交断面図
【図３】施工途中の上記スプリンキング部を示す斜視図
【図４】型枠内に打設されたマスコンクリートの温度分布を示すグラフであって、同図（ａ）はアーチ軸を含む水平断面内の温度分布、同図（ｂ）はアーチ軸を含む鉛直断面内の温度分布を示す図
【図５】上記実施形態の変形例を示す、図２と同様の図
【符号の説明】
２０スプリンキング部
２２マスコンクリート
２２Ａ中心部
２２Ｂ周縁部
２４、２６、３２、３４、３６、３８クーリングパイプ
２４Ｓ、２６Ｓ、３２Ｓ、３４Ｓ、３６Ｓ、３８Ｓ直線部
２４ａ、２６ａ給水端部
２４ｂ、２６ｂ排水端部
２８セメント
１００型枠
Ａｘアーチ軸

Claims

予め型枠内にクーリングパイプを配置しておき、このクーリングパイプに冷却水を送水することにより、上記型枠内に打設されたマスコンクリートを冷却する、マスコンクリートのパイプクーリング方法において、
上記マスコンクリートを複数のエリアに区分けした上で、上記クーリングパイプの配管経路を、上記マスコンクリートの中心部から周縁部へ向けて、上記型枠および外気に接していないエリア、上記型枠に接しているエリア、外気に接しているエリアの順で、上記冷却水が送水されるように設定しておく、ことを特徴とするマスコンクリートのパイプクーリング方法。
上記クーリングパイプを、左右対称の位置関係で２本配置しておく、ことを特徴とする請求項１記載のマスコンクリートのパイプクーリング方法。
上記打設を、高強度コンクリートを用いて行う、ことを特徴とする請求項１または２記載のマスコンクリートのパイプクーリング方法。